Подключение SG90: провода, питание, макетка

Вторая серво в проекте сломала мне голову раньше первой. Одна SG90 с лёгким указателем жила на Uno счастливо: втыкалась в плату, слушалась, перезагрузок не было. Я добавил вторую для второй стрелки — и началось: при каждом движении в монитор летела каша, плата перезапускалась, серво дёргались поодиночке. Я поменял скетч, поменял пины, заподозрил библиотеку. Виноват оказался толстый белый шнур USB: два серво на старте просили 400–500 мА, плата съедала свои 50, и просадка напряжения выбивала микроконтроллер в сброс. Скетч был ни при чём — счёт шёл на миллиамперы.

Здесь мы собираем питание серво как систему, а не как «три провода куда-то». Разберём роли всех трёх проводов и цену их перепутывания, посчитаем ток на пальцах, добавим внешний блок питания с общим GND, найдём две ловушки макетки — разорванную посередине шину и тонкие перемычки, — и закончим механикой: качалкой, винтом и удлинением кабеля. Первое знакомство с SG90, если вы его ещё не прошли, живёт в уроке про подключение и первые углы — там базовая схема и язык импульсов.

У SG90 три жилы в общем шлейфе, и раскладка почти никогда не меняется от партии к партии: оранжевый (иногда жёлтый) — сигнал, красный — плюс питания, коричневый (реже чёрный) — земля. Сигнал — это импульсы 1000–2000 мкс, их подаёт Arduino, ток там копеечный. А вот красный с коричневым — силовая пара: через неё идёт весь ток мотора, и именно она делает из «просто подключить» инженерное решение. Разъём серво трёхпиновый, втыкается в макетку в один ряд, из него удобно развести три перемычки: сигнал на пин 9, питание и землю — на шины макетки.

Перепутать провода проще, чем кажется: шлейф смотрит на вас разъёмом, а не цветами. Сигнальный провод, посаженный на 5V вместо пина, превращает команду в постоянный уровень — серво уйдёт в упор и начнёт давить мотором на стопор. Переполюсовка красного и коричневого хуже всего: моторчик и плата серво питаются наоборот, корпус греется за десятки секунд, пластик рядом с мотором становится неприятным на ощупь, дальше — деградация. Если серво после такой ошибки гудит, но едет криво — шестерни уже пострадали. Моё правило: перед подачей питания читаю цвета на обеих сторонах соединения, серво и платы, а не надеюсь на память. Ошибка «перепутал плюс и минус» вообще самая частая в макетных проектах — её разбор, с последствиями и лечением, я делал в уроке про общий GND.

Цифры, на которые я опираюсь, проверены щипковым мультиметром на десятке экземпляров SG90. В покое, когда серво держит позицию без нагрузки, — около 10 мА. Обычный ход по горизонтали с лёгкой качалкой — 100–250 мА. Старт с грузом или ход против тяжести — до 650–700 мА. Заклинивший вал — режим, близкий к короткому замыканию, с перегревом за минуты. Теперь складываем: две серво одновременно стартуют — до полуампера только на серво, плюс 40–50 мА на саму Uno. USB-порт по стандарту отдаёт 500 мА, и у дешёвых хабов меньше. Отсюда правило с вилкой: одна SG90 с картонным флажком от USB — обычно вывозит; две серво, тяжёлое плечо или любое серво крупнее SG90 — внешний блок питания 5–6 В на 2 А.

Почему просадка валит плату, а не просто тускло светит светодиод? Посчитаем через закон Ома — мы его раскладывали с формулами в уроке про расчёт тока. У тонкой перемычки и дорожек макетки сопротивление порядка десятых долей ома, у USB-кабеля ещё больше. При токе 0,7 А даже полома сопротивления отбирает 0,35 В, при 1 Ом — уже 0,7 В. Пять вольт превращаются в четыре с небольшим, стабилизатор Uno проседает, и микроконтроллер уходит в сброс задолго до того, как серво почувствует себя плохо. Серво переживает просадку, Arduino — нет.

Схема с внешним питанием — две линии. Блок 5–6 В даёт плюс на красную шину макетки и минус на синюю; 5V-пин Arduino в этой схеме остаётся свободным или подключается к той же красной шине, если плата питается от неё. Сигналы остаются на своих пинах. Единственное железное требование: минус внешнего блока обязан быть соединён с GND Arduino — без этого общего провода импульсы повиснут в воздухе, потому что у сигнала и серво нет общей точки отсчёта уровней. Ток сигнала крошечный, поэтому GND соединяют обычной перемычкой.

Макетка добавляет свои два сюрприза. Первый: боковые шины питания у большинства макеток разорваны посередине — на верхней кромке видно разрыв сплошной линии и столбцы a–j на половину длины. Серво, воткнутое левее разрыва, питание не получит, даже если справа шина под напряжением; я прозваниваю шину мультиметром от конца до конца один раз и ставлю перемычку через разрыв навсегда. Как устроены эти линии и почему про них забывают, показано в уроке про шины питания и полярность. Второй сюрприз: штатные перемычки папа-папа держат около одного ампера суммарно, дальше греются и добавляют сопротивление в уже больную цепь. Правило, к которому я пришёл: силовые линии — короткие и толстые провода, по одному красному и чёрному от блока к шинам, серво втыкаются в соседние ряды; сигнальные могут быть любыми.

Разъемы и общая геометрия макетки разобраны в уроке про то, как ею пользоваться — там же, почему соседние ряды внутри соединены полоской, что как раз удобно для трёхпинового разъёма серво. После сборки схемы я всегда гоняю один и тот же тестовый прогон: медленный обход углов с печатью в Serial. Если питание хромает, просадка проявится на крайних углах, где серво бьётся об упоры и ест максимум.

Электрика готова — половина проблем осталась в механике. Качалка надевается на зубчатый вал с лёгким нажатием пальца и фиксируется идущим в комплекте саморезом через центральное отверстие. Плоскогубцами я её больше не запрессовываю: один раз раздавил шлицы, и качалка начала проворачиваться под нагрузкой при целом серво. Перед тем как закрутить винт, подайте write(90) и наденьте качалку перпендикулярно корпусу — тогда середина программного диапазона совпадёт с серединой механического, и ваши 45 градусов будут выглядеть как 45, а не как 30 вбок.

Кабель у SG90 короткий — около 20 сантиметров. Удлиняется он dupont-кабелями папа-мама, но на вибрирующих механизмах скрутки и слабые вставки расшатываются: контакт то есть, то нет, серво дёргается, а вы ищете ошибку в коде. Для постоянной механики я обжимаю или паяю удлинение и добавляю каплю термоклея на разъём. И ещё наблюдение из практики: шлейф, натянутый между серво и макеткой, со временем перетирается на изгибе — оставьте слабину, провод не струна.

Задания на закрепление, по возрастанию. Первое: в тестовом прогоне сократите паузы с 800 до 200 мс и найдите угол, на котором серво перестаёт доезжать — сверьте с паспортной скоростью 0,1 с на 60 градусов. Второе: соберите в симуляторе привычку печатать пары имя=значение — добавьте в лог строку с текущим углом read() рядом с целью и убедитесь, что заказ и факт совпадают не сразу. Третье: рассчитайте по цифрам из урока, потянет ли USB-блок 500 мА три SG90 с лёгкими флажками, если стартуют они по очереди, а не разом, — и обоснуйте вывод паузами в setup, разнесёнными на 300 мс. Этот приём — расставить старты серво по времени — стоит копейки и снимает пик пускового тока почти целиком.